(57)【要約】【課題】  強負荷放電性能に優れたアルカリ乾電池を提供する。【解決手段】  二酸化マンガンを含む正極活物質を含有する正極と、亜鉛を含む負極活物質を包含する負極とを具備するアルカリ乾電池において、前記正極および負極の少なくとも一方に亜硫酸塩を添加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化マンガンを含む正極活物質を含有する正極合剤と、亜鉛を含む負極活物質を包含するゲル状負極とを具備し、
前記正極合剤およびゲル状負極の少なくとも一方が亜硫酸塩を含有することを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】
前記亜硫酸塩が亜硫酸リチウム、亜硫酸カリウムまたは亜硫酸バリウムである請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項３】
前記亜硫酸塩が亜硫酸カリウムである請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項４】
前記正極合剤が、前記正極活物質の０．０５〜３．０重量％に相当する量の亜硫酸塩を含む請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ乾電池。
【請求項５】
前記ゲル状負極が、前記負極活物質の０．０５〜３．０重量％に相当する量の亜硫酸塩を含む請求項１〜４のいずれかに記載のアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極および／または負極に添加剤を含むことによって、強負荷放電性能に優れたアルカリ乾電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今においては、強負荷放電性能を必要とする携帯型情報機器が多く市場に出されており、これらの機器に従来のアルカリ乾電池を用いると寿命が短くなるため、より寿命の長いアルカリ乾電池が求められている。また、よりハイパワーを有するアルカリ乾電池も求められている。
【０００３】
これに対し、例えば特許文献１においては、正極や負極に添加剤としてＴｉＯ2やＢａＳＯ4などを添加させる技術が開示されているが、これらの添加によって中〜弱負荷放電性能を改善することはできるものの、強負荷放電性能を充分に改善することはできない。
【特許文献１】特開２００３−２０３６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、強負荷放電時には、正極活物質である二酸化マンガンや負極活物質である亜鉛が分極することが知られている。この分極が活物質による円滑な放電を阻害しているものと考えられる。
そこで、本発明は、正極活物質である二酸化マンガンや負極活物質である亜鉛の分極を抑制し、強負荷放電性能に優れたアルカリ乾電池を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決すべく、本発明は、二酸化マンガンを含む正極活物質を含有する正極（正極合剤）と、亜鉛を含む負極活物質を包含する負極（ゲル状負極）とを具備し、前記正極および負極の少なくとも一方が亜硫酸塩を含有することを特徴とするアルカリ乾電池を提供する。
【０００６】
前記亜硫酸塩は、亜硫酸リチウム、亜硫酸カリウムまたは亜硫酸バリウムであるのが好ましい。
また、前記正極は前記正極活物質の０．０５〜３．０重量％に相当する量の亜硫酸塩を含むのが好ましく、前記負極も前記負極活物質の０．０５〜３．０重量％に相当する量の亜硫酸塩を含むのが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アルカリ乾電池の正極および／または負極に所定の添加剤を添加することにより、正極活物質や負極活物質の分極を抑制し、円滑な放電ならびに放電末期における正極および負極のスムースな酸化還元反応を可能とし、強負荷放電性能を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、二酸化マンガンを含む正極活物質を含有する正極と、亜鉛を含む負極活物質を包含する負極とを具備し、前記正極および負極の少なくとも一方が亜硫酸塩を含有することを特徴とするアルカリ乾電池を提供する。
【０００９】
本発明者らは、推論であるが、アルカリ乾電池の正極および負極に亜硫酸塩を添加すると強負荷放電性能が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
強アルカリ電解液中、上記亜硫酸塩は、正極活物質である二酸化マンガンの表面において硫酸イオンとして存在し、負極活物質である亜鉛の表面においてＳ2-イオンとして存在す、放電中の活物質の分極を抑制するものと考えられる。
【００１１】
特に強負荷放電中、正極および負極における酸化還元反応は、活物質粒子の表面全体において均一に起こるのではなく、化学的に活性な部位や物理的に形状の尖った部位などにおいて選択的に起こる傾向にあることが知られている。
【００１２】
一方、亜硫酸塩から生じる硫酸イオンやＳ2-イオンのイオン半径は大きいことが知られており、これらが電池内の酸化還元反応の反応界面に存在して立体障害となって化学的に活性な部位を形成し、分極を抑制して均一かつ円滑に放電を進行させるものと考えられる。
【００１３】
そのため、本発明に係るアルカリ乾電池においては、放電末期であっても正極および負極の酸化還元反応がスムースに進行するとともに強負荷放電時の利用効率が向上し、その結果、強負荷放電性能が向上するものと考えられる。
【００１４】
前記亜硫酸塩としては、例えば亜硫酸リチウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸バリウムなどが挙げられる。
また、前記亜硫酸塩は、正極および負極のいずれか一方に添加してもよく、また、両方に添加しても構わない。
【００１５】
その際、前記正極は前記正極活物質の０．０５〜３．０重量％に相当する量の亜硫酸塩を含むのが好ましく、また、前記負極も前記負極活物質の０．０５〜３．０重量％に相当する量の亜硫酸塩を含むのが好ましい。これは、上限値を上回ってもそれ以上の効果が得られず、下限値を下回っても利用率向上の充分な効果が得られないという理由によるものである。
【００１６】
ここで、図１を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るアルカリ乾電池の構成について説明する。
電池ケース１の内部には、短筒状のペレットに成形された正極合剤２、ゲル状負極３およびセパレータ４が収容されている。
【００１７】
電池ケース１としては、内面にニッケルメッキが施された鋼のケースなどを用いることができる。電池ケース１の内面には、複数個の正極合剤２が密着した状態で収容されている。正極合剤２のさらに内側にはセパレータ４が配され、さらに、その内側にゲル状負極３が充填されている。
【００１８】
ゲル状負極３の中央部には、集電子６が挿入されている。本発明は、このようなアルカリ乾電池の正極合剤（正極）２および／またはゲル状負極（負極）３に亜硫酸塩を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るアルカリ乾電池は、上記亜硫酸塩を用いる以外は、従来と同様にして得ることができる。
例えば、正極合剤２は、二酸化マンガン、黒鉛、亜硫酸塩および電解液からなる合剤を円筒状にプレス成型して得ることができる。この正極合剤２にはオキシ水酸化ニッケルが含まれていてもよい。
【００２０】
また、ゲル状負極３は、例えば、アルカリ電解液およびカルボキシメチルセルロースまたはポリアクリル酸ナトリウムなどのゲル化剤からなるゲル状電解液に、亜鉛粉末および亜硫酸塩を分散させて得ることができる。
【００２１】
セパレータ４としては、例えば、ビニロン、レーヨン、リンターパルプを主成分とした不織布などが用いられ、集電子６としては、例えば、真鍮を所定の形状に成型した後、錫によりメッキされたものなどが用いられる。
以下に実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【実施例】
【００２２】
《実施例１および比較例１》
本実施例においては、図１に示す構造の単一形アルカリ乾電池を作製した。
まず、正極合剤２は次のようにして作製した。二酸化マンガンに、当該二酸化マンガンの１．０重量％に相当する量の亜硫酸リチウムを添加し、混合物を得た。得られた混合物に、当該混合物の３重量％に相当する量のアルカリ電解液を添加し、充分に攪拌した後、圧縮成形してフレーク状の正極合剤を得た。
【００２３】
ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤２を得た。この正極合剤２個を電池ケース１内に挿入し、加圧治具により正極合剤２を再成形して電池ケース１の内壁に密着させた。
【００２４】
上記のようにして電池ケース１内に配置された正極合剤２の中央に有底円筒形のセパレータ４を配置し、セパレータ４内へ所定量のアルカリ電解液を注入した。所定時間経過した後、アルカリ電解液とゲル化剤と亜鉛粉末とからなるゲル状負極３をセパレータ４内へ充填した。
【００２５】
ゲル状負極３としては、ゲル化剤であるポリアクリル酸ナトリウム１重量部、アルカリ電解液である４０重量％の水酸化ナトリウム３３重量部および亜鉛粉末６６重量部からなる混合物を用いた。
また、セパレータ４は、ポリビニルアルコール繊維とレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。
【００２６】
続いて、負極集電子６をゲル状負極３の中央に差し込んだ。なお、負極集電子６には、ガスケット５および負極端子を兼ねる底板７を一体化させた。そして、電池ケース１内の開口端部を、ガスケット５の端部を介して、底板７周縁部にかしめつけ、電池ケース１の開口部を封口した。最後に、外装ラベル８で電池ケース１の外表面を被覆して、本発明に係るアルカリ乾電池１を得た。
また、正極合剤に二酸化マンガンの１．０重量％に相当するメタチタン酸を添加した以外は、上記と同様にして比較アルカリ乾電池１を得た。
【００２７】
《実施例２》
二酸化マンガンに、当該二酸化マンガンの３重量％に相当する量のアルカリ電解液を添加し、充分に攪拌した後、圧縮成形してフレーク状の正極合剤を得た他は、実施例１と同様にして正極合剤２を得た。
【００２８】
また、ゲル状負極３は、ゲル化剤であるポリアクリル酸ナトリウム１重量部、アルカリ電解液である４０重量％の水酸化ナトリウム３３重量部および亜鉛粉末６６重量部からなる混合物に、亜鉛粉末の１．０重量％の亜硫酸リチウムを添加して得た。
上記以外は実施例１と同様にして、本発明に係るアルカリ乾電池２を得た。
【００２９】
《実施例３〜８》
亜硫酸塩として亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウムまたは亜硫酸バリウムを用いた他は、実施例１または２と同様にして、本発明に係るアルカリ乾電池３〜８を得た。
【００３０】
［評価］
得られたアルカリ乾電池１〜８および比較アルカリ乾電池１の強負荷放電特性を評価するため、初度（製造直後）の単一形アルカリ乾電池それぞれ５個ずつを用いて、１０００ｍＡ連続放電で終止電圧０．９Ｖに達するまでの時間を測定し、比較例１の電池を基準（１００）にして比を算出した。なお、表中の値は５個の平均値である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１から、正極または負極に亜硫酸塩を添加した本発明に係るアルカリ乾電池１〜８は強負荷放電性能に優れることがわかる。
【００３３】
《実施例９〜３２》
亜硫酸塩として亜硫酸カリウムまたは亜硫酸バリウムを用い、表１に示す正極または負極に表１に示す量で添加した以外は、実施例１と同様にして、本発明に係るアルカリ乾電池９〜３２を得た。
これらアルカリ乾電池９〜３２について、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
表２から、本発明に係るアルカリ乾電池は、亜硫酸塩の添加量が活物質の０．０５〜３．０重量％である場合に、特に優れた強負荷放電性能を発揮することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係るアルカリ乾電池は、強負荷放電性能に優れるため、ハイパワーを必要とする携帯型情報機器などに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例において作製したアルカリ乾電池の一部を断面にした正面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  電池ケース
２  正極合剤
３  ゲル状負極
４  セパレータ
５  ガスケット
６  負極集電子
７  底板
８  外装ラベル
【図１】
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